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    2019-03-10 09:37:28 来源: 科普中国网(北京)
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    (原标题:恭喜生命字母表喜提4名新成员!上新了,DNA?。?

    本文专家:陶宁,中国科学院生物物理研究所副教授

    近日,一篇最新发表在《科学》期刊上的研究表明,生命“字母表”迎来4名新成员,已经从4个变成了8个!

    新闻截图新闻截图

    这项研究被誉为里程碑式的成果,它到底牛在何处呢?

    图片来源网络图片来源网络

    今天,我们就为大家来简单介绍一下。

    A、T、C、G?这都是些啥?

    在介绍这4名人工合成的新成员之前,先来认识一下4个元老级的天然碱基吧。

    在生物学领域,最激动人心的事件莫过于生命的诞生,也就是生命的起源。追溯这个问题,首先需要回答生命的物质基础——基因,而基因是由4个天然碱基组成的,它们的英文代码分别是“C”“G”“T”“A”,对应的中文名字是胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、腺嘌呤,配对规则是C配G,T配A,C和G之间通过3个氢键相连,T和A之间是2个氢键。

    从简单的单细胞生物到灵长类,生命体的遗传密码就是由ATCG来记录和传递的,如同一本神秘的生命密码本,指导着蛋白质的合成和功能调控,包括我们人类的生老病死、高矮胖瘦,甚至我们的性格和健康状况,基因都在默默的指导着,并且和环境因素、行为因素共同决定着我们的健康水平?;吃械淖悸杪杳强沟难蛩┐滔赴Ъ觳楹臀薮匆糯毕萆覆?,就是为了排除致病基因导致的出生缺陷。

    图片来源网络图片来源网络

    基因管着这么多的事情,一定是由很多密码编码的吧?恰恰相反,只有4个。那么它们是怎么实现这些功能的呢?靠的就是这4个碱基的不同排列组合,并且通过DNA的甲基化、乙?;奘?,DNA序列的剪接翻译以及翻译后修饰,DNA中不编码蛋白质的碱基序列,也参与基因的表达调控,对应产生了许许多多的变化。

    4个碱基产生了我们丰富多彩的大千世界,的确是非常神奇的事情。

    人们不禁产生了一个疑问:DNA的碱基为什么只有4个呢?大家找来找去,确确实实只有4个,这就是非常奇特的事情了,只能由衷感叹,它们太神奇了,它们是独一无二的。

    生命“字母表”翻倍了!

    近期发生了一件大事情,那就是科学家们人工合成了4个新的碱基,这样一来,碱基数量就有了8个之多。它们是什么呢?

    美国科学家StevenA. Benner将这4个新成员分别命名为“Z”“P”“S”“B”,它们的配对原则是Z配P,S配B,都是通过3个氢键相连。

    何谓成功呢?包含这4个新碱基的DNA结构必须是稳定的,热动力学稳定性是可预测的,并且可以形成DNA双螺旋结构,可以转录成RNA。

    晶体学检测数据显示掺入的新碱基并未干扰DNA双螺旋结构的形成。

    (DNA晶体X射线衍射结果显示结构规则有序)(DNA晶体X射线衍射结果显示结构规则有序)

    DNA也成功的转录为RNA序列。

    (通过470nm蓝光激发的荧光检测结果显示掺入了新碱基的DNA转录为RNA序列,A为RNA碱基序列,B和E为阴性对照组,C为掺入新碱基的DNA转录形成的RNA经激发后形成的荧光结果,D为阳性对照,是由天然碱基转录形成的RNA。)(通过470nm蓝光激发的荧光检测结果显示掺入了新碱基的DNA转录为RNA序列,A为RNA碱基序列,B和E为阴性对照组,C为掺入新碱基的DNA转录形成的RNA经激发后形成的荧光结果,D为阳性对照,是由天然碱基转录形成的RNA。)

    热动力学检测结果与预期计算的结果基本一致。

    (纵坐标为实验检测结果,横坐标为预测温度)(纵坐标为实验检测结果,横坐标为预测温度)

    多4个“字母”可选项有什么意义?

    1.人们认识到编码遗传信息的4个天然碱基不是那么神奇了,人类通过自己的力量,也可以合成携带遗传信息的碱基,打破了天然碱基原有的神秘面纱,人类在认识大自然和自身的道路上又进了一步?!拔颐谴幽睦锢础?、“认识我们自己”不就是经典的哲学问题吗?

    2.丰富了遗传信息携带的物质基础。经由8个碱基来排列组合,与以前只有4个碱基产生的排列组合产生的信息相比,那是大大的扩容了,由此可能产生具有新的功能的蛋白质分子。

    图片来源网络图片来源网络

    3.疾病的早期检测。例如包含P和Z的DNA序列能更好的与肿瘤细胞结合,可开发出肿瘤早期诊断的试剂。

    4.外星生命探测。原有的外星生命探测中,对于遗传物质的理解仅限于ATCG这四种碱基,新碱基的发现,在理解生命起源和外星生命探测方面提供了新的思路。

    现有研究的局限性在哪?

    1.从DNA到RNA目前可以实现,而关键的一步是DNA的自我复制,这需要DNA聚合酶,而天然体系里面是没有对应的DNA聚合酶的,这是一个瓶颈。

    图片来源网络图片来源网络

    2.对于未知的DNA碱基可能编码的蛋白质而言,对于大自然是全新的,其功能如何,会不会产生具有活性的生物毒性分子,尚不可知,因此,研究对应新型碱基从DNA到蛋白质的过程是暂停的,需要进行安全性评估和审核,才能进一步研究,生物安全是必须审慎考虑的环节。

    写在最后的话

    这项研究所取得的突破是概念性的,它第一次展示了含有8种不同碱基字母的DNA,但要实现一个真正的“八字母“合成基因系统,还需要进行更深入的研究。

    快乐双彩交流群 本文来源:科普中国网 责任编辑:张祖韬_NT5054
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